鄧立南

(中國水利水電第六工程局有限公司，遼寧 沈陽 110179)

1 工程概況

朱昌河水庫大壩樞紐工程位于北盤江二級支流朱昌河上(一級支流為烏都河)，在貴州省六盤水市盤州市英武鎮(zhèn)境內(nèi)，其工程規(guī)模為中型，工程等別為Ⅲ等，工程任務(wù)以供水為主，兼顧發(fā)電。該工程大壩為碾壓混凝土重力壩，全長共分10個壩段，最大壩高102.1m，壩頂長度264.9m，壩頂寬度8.2m，壩底最大寬度約90m。該壩體材料分區(qū)：距壩頂2.2m高度范圍為C2825W6F50二級配常態(tài)混凝土，河床壩基2.0m厚墊層及邊坡馬道1.0m厚墊層均采用C2820W6F50三級配常態(tài)混凝土；壩體上游不小于3.5m寬度的防滲區(qū)采用C18020W8F50二級配碾壓混凝土及C18020W8F50變態(tài)混凝土，下游為C18015W4F50三級配碾壓混凝土及C18015W6F50變態(tài)混凝土。壩體采用全斷面碾壓混凝土澆筑方案，即上下游面及兩側(cè)岸坡接觸面均采用澆漿振搗變態(tài)混凝土，中間為碾壓混凝土，并按照全壩段通倉斜層鋪筑方式施工。根據(jù)工程區(qū)域氣候條件和進度要求，采用全年時段澆筑。

2 裂縫概況及成因分析

2.1 主要裂縫情況

朱昌河水庫大壩混凝土澆筑過程中出現(xiàn)了一些裂縫，橫向、縱向均有發(fā)育，裂縫長度、深度不一，經(jīng)統(tǒng)計核實的裂縫情況具體如下：

a.表面及淺層裂縫：深度小于0.1m的表面裂縫和0.1m≤深度<1.0m的淺層裂縫；表面裂縫出現(xiàn)時間較早，裂縫長度較短，縫隙明顯，但線形極不規(guī)則，一般為龜裂或干縮裂縫，主要在常態(tài)及變態(tài)混凝土區(qū)發(fā)育，尤其是溢洪道堰面發(fā)育較多；淺層裂縫相對較少發(fā)育，且細微不明顯，以橫向發(fā)育居多，長度多在1～3m，主要分布于碾壓混凝土區(qū)，常態(tài)混凝土區(qū)也偶有發(fā)育。

b.深層裂縫：1.0m≤深度<單倉澆筑厚度，裂縫長度相對稍長(但多在5m長度以內(nèi))，多出現(xiàn)于澆筑間歇時間較長的碾壓及變態(tài)混凝土區(qū)，常態(tài)混凝土區(qū)也有發(fā)育；該類裂縫多數(shù)大致橫向發(fā)育(垂直壩軸線方向)，縫寬較明顯，其發(fā)育數(shù)量與淺層裂縫大致相當。

c.層間貫穿裂縫：深度≥單倉澆筑厚度，發(fā)育長度一般較長，多出現(xiàn)于常態(tài)混凝土區(qū)(如壩頂及河床壩基墊層常態(tài)混凝土區(qū)貫穿裂縫就相對較多：墊層區(qū)裂縫發(fā)育方向極不規(guī)則，相互交叉；壩頂常態(tài)混凝土區(qū)基本垂直壩軸線發(fā)育，且上下游、層高均貫通)，在碾壓及變態(tài)混凝土區(qū)也有少量發(fā)育(大致橫向發(fā)育，單倉層厚貫穿，且延伸長度小于1/3壩體寬度)；該類裂縫在常態(tài)區(qū)發(fā)育較多，碾壓及變態(tài)混凝土區(qū)則極少發(fā)育。

2.2 裂縫成因分析

2.2.1 內(nèi)外溫差過大導(dǎo)致開裂

溫度應(yīng)力是引起混凝土裂縫的主要原因[1]，對于齡期較早的混凝土來說，允許承受的拉應(yīng)力較小，很容易在混凝土表面產(chǎn)生裂縫[2]，且隨著應(yīng)力增加，裂縫有可能進一步向深層發(fā)展，而溫度應(yīng)力的產(chǎn)生則主要由壩體內(nèi)外溫差過大所引起。由于壩體尺寸大，內(nèi)部水化熱難以快速散發(fā)，而表面與外界直接接觸，散熱快，極易造成壩體內(nèi)外溫差過大。而朱昌河水庫工程區(qū)域存在早晚溫差大、夏季直射溫度高、冬季存在低溫凝凍天氣等溫效特點，對混凝土溫控極為不利。

從朱昌河水庫大壩內(nèi)部溫度監(jiān)測情況看：2016年5月澆筑的基礎(chǔ)墊層常態(tài)混凝土內(nèi)部最高溫度為54℃，最大溫升達到34.0℃；后續(xù)澆筑的碾壓混凝土內(nèi)部最高溫度為42.3℃，最大溫升達到20.3℃。與同期外界氣溫對比，常態(tài)混凝土最大內(nèi)外溫差將近30℃，碾壓混凝土內(nèi)外溫差最大也達到了23.5℃。故因混凝土內(nèi)外溫差過大而產(chǎn)生的過大拉應(yīng)力，是導(dǎo)致混凝土開裂的主要原因。

朱昌河水庫大壩河床壩基常態(tài)墊層混凝土基本在澆筑2周后，便陸續(xù)出現(xiàn)不規(guī)則的裂縫，且存在貫通情況。因2018年12月中下旬出現(xiàn)一次凝凍降溫，隨后在1410.30m高程壩面下游側(cè)發(fā)現(xiàn)了多條裂縫(下游向上游最大延伸至將近1/3壩寬位置)，局部開裂貫穿單倉層。壩頂常態(tài)混凝土也在澆筑后3～7天便陸續(xù)出現(xiàn)了沿常態(tài)混凝土區(qū)貫穿的裂縫。

2.2.2 上下層倉號澆筑間歇時間過長

混凝土澆筑間隔時間長，容易出現(xiàn)凍脹裂縫等溫度裂縫[3]。受廊道等細部結(jié)構(gòu)施工影響，壩面碾壓混凝土多次安排集中停澆，后期停澆面在備倉清理時均發(fā)現(xiàn)有少量裂縫；而正常澆筑期間，上下層混凝土倉號間歇時間短，實際并未發(fā)現(xiàn)有裂縫產(chǎn)生。由此可見壩面停澆時間長，也是壩體產(chǎn)生裂縫的主要因素之一。初步分析主要是表面長時間未覆蓋混凝土，表層混凝土水分蒸發(fā)和降溫過快，并受其下層混凝土的約束而產(chǎn)生拉裂和干縮裂縫。該類情況多會發(fā)育成淺層或深層裂縫，且主要發(fā)生于碾壓混凝土范圍。

2.2.3 拆模及沖毛時間過早

拆模時間過早、表面迅速降溫會使得內(nèi)外溫差加大、表面拉應(yīng)力變得很大，在混凝土早期強度過低的情況下極易產(chǎn)生拉裂；同時，由于混凝土強度過低，拆模過程中會拽動拉條而撕裂混凝土，從而形成裂縫。該類情況通常以表面或淺層裂縫形式出現(xiàn)，對常態(tài)混凝土影響較大。

沖毛時間過早，尤其是初凝前即進行沖毛，表層混凝土受水侵入浸泡，降低強度的同時，水分蒸發(fā)后會加速干縮變形而產(chǎn)生裂縫或者形成龜裂，這也是實際施工期較常見的問題，變態(tài)及常態(tài)混凝土區(qū)尤為突出。

2.2.4 養(yǎng)護措施不到位

充分養(yǎng)護是保證混凝土強度等性能正常發(fā)展和防止干縮裂縫的重要措施[4]，混凝土的保溫對防止表面早期裂縫尤其重要[5]。保溫養(yǎng)護不到位造成水分散失和降溫過快，會沿混凝土表面產(chǎn)生干縮裂縫，大多數(shù)混凝土表層龜裂或淺層裂縫都是由此形成的，未能做好保溫養(yǎng)護的溢洪道堰面發(fā)育的多數(shù)裂縫與此相關(guān)。

3 裂縫處理措施

3.1 表面處理

a.開裂深度在0.3m以內(nèi)的淺層裂縫，直接騎縫鑿槽至裂縫消失為止，并根據(jù)槽口大小分別采用M25預(yù)縮水泥砂漿填抹封閉或高一等級細石膨脹混凝土回填搗實。

b.開裂深度大于0.3m的裂縫，表面均鑿槽封閉，縫面封閉材料采用預(yù)縮砂漿[6], 即采用M25預(yù)縮水泥砂漿填抹封閉(砂漿拌制后應(yīng)就地存放約1h，并在槽壁涂抹1mm厚、水灰比為0.45～0.5的水泥素漿后進行填抹)；裂縫部位不要求防滲(如大壩下游面等)時，騎縫鑿6cm×5cm槽口后填抹預(yù)縮砂漿封閉即可，但裂縫發(fā)育較嚴重或現(xiàn)場具備灌漿作業(yè)條件時，鑿槽封閉后還應(yīng)進行水泥灌漿封堵補強；對于上游面(二級配防滲區(qū)厚度范圍)、溢洪道過流面等要求防滲部位出現(xiàn)的裂縫，鑿槽封閉后應(yīng)采用化學(xué)灌漿封堵補強。

c.采取一些常規(guī)的并縫措施就能阻止裂縫向上發(fā)展[7]，故在完成縫口鑿槽封填及灌漿封堵后，沿裂縫全長方向騎縫對稱鋪設(shè)并縫鋼筋網(wǎng)片：沿立面或水平面通長騎縫對稱鋪設(shè)2.5m寬、直徑20～22mm的鋼筋網(wǎng)片條帶，以防止裂縫繼續(xù)發(fā)育延伸至其上層或相鄰側(cè)混凝土內(nèi)。

d.在溢洪道導(dǎo)墻、堰面及護坦等有抗沖耐磨要求的部位，對其出露的開裂深度在0.1m以內(nèi)的裂縫，采用騎縫鑿槽至裂縫消失為止，但封填材料改用丙乳砂漿；對于0.1m以上的裂縫，則采用化學(xué)灌漿封堵補強的處理措施。

3.2 裂縫水泥灌漿封堵

在具備水泥灌漿作業(yè)條件時，對于發(fā)育較嚴重的裂縫及貫穿壩體裂縫，采用水泥灌漿方式進行灌漿封堵，主要用于處理河床壩基墊層常態(tài)混凝土、澆筑過程中壩面及壩頂常態(tài)混凝土等部位裂縫；但對壩體上游面等有防滲要求的部位仍需在蓄水前采取化學(xué)灌漿方式對裂縫進一步封堵補強。采用水泥灌漿封堵方式時，在開孔灌漿前均應(yīng)進行鑿槽封閉等表面處置。

3.2.1 布孔

在距裂縫約30～50cm處的兩側(cè)對稱布孔，按照同側(cè)孔距2～3m、兩側(cè)梅花形布孔的方式，以及兩側(cè)以不少于1.0m長度深淺不一地斜穿裂縫等要求鉆設(shè)灌漿孔，鉆孔孔徑控制在75mm以內(nèi)；鉆孔完成后采用灌漿壓力80%的壓力水沖洗，將孔內(nèi)渣粉清洗干凈，直至回水清澈為止。

3.2.2 灌漿作業(yè)

a.在兩側(cè)先深后淺、由一端向另一端逐段依次進行鉆孔灌漿，每段相鄰2～3孔同時鉆孔，并由起始端開始逐孔依次進行灌漿，以相鄰孔做排氣孔。

b.采用摻入UEA混凝土膨脹劑(摻量為水泥用量的6%)的P·O42.5普通硅酸鹽水泥凈漿作為灌漿材料(有條件下宜采用灌漿專用的濕磨細水泥)，按照水、膨脹劑、水泥的投料順序拌制，拌制均勻的漿液宜在4h內(nèi)使用完畢。

c.在沖洗干凈的灌漿孔內(nèi)插入注漿管，其管口距孔底約50cm，利用栓塞封閉孔口，采用循環(huán)式灌漿工藝，起灌水灰比宜為3∶1，并根據(jù)注漿量變化由稀到濃逐級變換，灌漿壓力按照不大于0.6MPa控制。

d.在灌漿壓力穩(wěn)定在0.6MPa且停止吸漿的情況下繼續(xù)灌注30min后結(jié)束灌漿，待水泥漿硬結(jié)后對干縮形成的孔內(nèi)空腔用0.5∶1水泥砂漿人工填充搗實。

e.對于壩頂常態(tài)混凝土區(qū)等范圍發(fā)育較深的貫穿裂縫，應(yīng)在孔內(nèi)封孔漿體初凝前，插入小于灌漿孔深0.1m且直徑不小于20mm的鋼筋，以提高縫面的結(jié)合質(zhì)量。

3.3 裂縫化學(xué)灌漿封堵

在裂縫開裂深度大于0.3m且有防滲要求的部位(如大壩上游面)，或是裂縫開裂深度大于0.1m且具有抗?jié)B及抗沖耐磨要求的部位(如溢洪道導(dǎo)墻、堰面及護坦等)，均采用化學(xué)灌漿封堵補強；前述范圍出現(xiàn)的裂縫即使前期已采用了水泥灌漿處理的，也應(yīng)采用化學(xué)灌漿的方式進行補強處理。裂縫較寬、發(fā)育明顯的裂縫，應(yīng)先進行鑿槽封閉等表面處置；裂縫寬度細小且不明顯的，可不進行鑿槽封閉，直接開孔灌填。由于壩體較厚，在裂縫發(fā)育較深的情況下，很難對裂縫全深范圍實施灌漿封堵補強，故化學(xué)灌漿補強厚度按照1～2m進行控制。灌漿材料采用環(huán)氧樹脂AB膠(應(yīng)根據(jù)灌漿時長需要和注入量情況分別選取調(diào)制質(zhì)量比為A∶B為6∶1、5∶1、4∶1的混合漿液，攪拌均勻的漿液應(yīng)減壓脫泡15～20min后使用)，灌漿壓力均按照不大于0.8MPa控制(灌漿時應(yīng)由低至高逐漸加壓至最大壓力)，化學(xué)灌漿孔孔徑控制在15～20mm為宜。應(yīng)安排在壩頂封頂后、蓄水前實施化學(xué)灌漿，以便裂縫發(fā)展穩(wěn)定后利于提高灌漿封堵補強質(zhì)量。大壩上下游面化學(xué)灌漿部位采用電動吊籃或坐板作為移動施工平臺，主要處理部位為大壩上游面、溢洪道導(dǎo)墻及堰面、下游護坦等。

3.3.1 淺層裂縫化學(xué)灌漿施工

處理范圍主要集中于溢洪道導(dǎo)墻及堰面部位。對于發(fā)育深度小于50cm的淺層裂縫，采用騎縫鑿槽后，沿裂縫全長范圍按照不大于50cm的間距騎縫鉆設(shè)孔深為10～20cm的灌漿孔，鉆孔及基槽沖洗干凈后埋設(shè)灌漿嘴；在孔口涂抹丙乳凈漿將灌漿嘴固定牢靠，待灌漿嘴封填凈漿凝固并對基槽二次沖洗后，統(tǒng)一對縫槽采用丙乳砂漿封填密實。

待裂縫表面丙乳砂漿強度符合灌漿要求后，開始進行灌漿施工。灌漿前將灌漿嘴上的閥門全部打開，采用高壓風(fēng)吹干孔、縫中的積水后開灌，并由低到高或由一端向另一端逐孔依次灌漿。灌漿時，打開所有灌漿嘴閥門，采用穩(wěn)壓慢灌、依次灌漿的方式；當灌漿壓力沒有達到規(guī)定壓力而鄰近的灌漿嘴溢漿時，關(guān)閉并結(jié)扎出漿嘴，繼續(xù)壓漿；當灌漿達到設(shè)計壓力基本不吸漿后，可在扎緊該灌漿嘴后，進行下一孔的灌漿施工；待最后一個灌漿嘴注漿不吸漿后，屏漿并穩(wěn)壓10min后即可結(jié)束該條裂縫灌漿。

3.3.2 深層裂縫化學(xué)灌漿施工

對于發(fā)育深度不小于50cm的裂縫，在距裂縫20～30cm左右沿裂縫兩側(cè)開孔(見圖1)，左右梅花形布孔，在距表面40～60cm的深度斜穿裂縫，單側(cè)孔距40～60cm，斜穿裂縫后繼續(xù)延伸不小于30cm的長度。鉆孔完成并采用高壓風(fēng)吹洗干凈后(或采用設(shè)計灌漿壓力80%的高壓水沖洗并排凈孔內(nèi)積水后)，埋設(shè)灌漿嘴。按“先低后高”或由一端向另一端逐孔灌漿的順序依次進行灌漿。灌漿時利用注入孔埋置的灌漿嘴進行純壓式灌漿，灌漿壓力逐步升至設(shè)計壓力；當臨近的非注入斜孔的灌漿嘴返出濃漿時，可接管進行多點并聯(lián)式灌漿，直至達到結(jié)束標準(即設(shè)計灌漿壓力下基本不吸漿)后結(jié)束注入孔的灌漿作業(yè)；完成注入孔灌漿后再按既定順序依次利用下一未出漿灌漿孔進行灌漿，直至所有灌漿孔灌注完成后，結(jié)束該條裂縫的灌注。

圖1 化學(xué)灌漿孔鉆孔 (單位：cm)

4 檢查及效果分析

4.1 表面處理

a.對于開裂深度較淺的裂縫通過鑿槽填補直接去除了裂縫，效果直接明顯。

b.對于無法鑿除的較深裂縫，通過縫口鑿槽封填及鋪設(shè)騎縫鋼筋網(wǎng)片等表面處理，有效限制了裂縫發(fā)展，避免其繼續(xù)延伸至上層或相鄰后澆混凝土塊；處理后長時間的觀察發(fā)現(xiàn)，處理效果明顯，均未發(fā)現(xiàn)裂縫繼續(xù)延伸至后澆混凝土塊的現(xiàn)象。

c.采用表面處理的方式不僅經(jīng)濟，而且很好地改善了外觀并提高了混凝土表面強度；有效的封閉處理避免了外界水流沿裂縫處產(chǎn)生滲透或沖刷掏蝕，繼而造成混凝土結(jié)構(gòu)的二次破壞。

4.2 水泥灌漿

結(jié)合注漿情況和灌后壓水檢查評定灌漿封堵補強效果。經(jīng)檢查確認，采用水泥灌漿方式處理的部位，其灌后布置的各檢查孔壓水值最大為0.84Lu，小于1Lu的設(shè)計合格標準。在實際灌漿過程中，因水泥注漿材料的局限性，實際注漿量均不大，甚至少量裂縫存在無法注入的情況；同時，部分不具備灌漿作業(yè)條件的部位或細微裂縫等也未實施水泥灌漿；故對于有防滲或抗沖耐磨要求的部位仍存在隱患，后續(xù)需采用化學(xué)灌漿方式補充處理。

4.3 化學(xué)灌漿

主要結(jié)合灌漿過程表面溢漿(未鑿槽封閉的裂縫)或相鄰灌漿孔出漿(鉆孔埋管方式)情況和灌后檢查孔壓水檢查效果進行質(zhì)量檢查，以表面溢漿或相鄰孔正常出漿，且灌后壓水檢查呂榮值小于1Lu為合格。通過檢查，化學(xué)灌漿注漿效果較好，細微裂縫也能有效注入漿液(據(jù)統(tǒng)計，裂縫每延米實際平均注入量達到了5.84kg)；且灌后檢查孔壓水值極小，在0～0.025Lu，效果非常明顯。

5 結(jié) 語

在混凝土大壩在施工期，一旦產(chǎn)生裂縫，就會對大壩的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和防滲性能帶來極大的威脅，因此必須對裂縫問題充分重視并采取措施。通過檢查朱昌河水庫大壩混凝土裂縫，對其成因進行分析，并根據(jù)裂縫部位混凝土功能要求，分別采用了表面處理、水泥灌漿封堵及化學(xué)灌漿封堵等補強措施，有效地提高了壩體的整體性和防滲效果。在對裂縫采取封堵補強措施的同時，更應(yīng)針對裂縫的成因采取有效的預(yù)防措施，這樣才能最有效、最安全、最經(jīng)濟地避免裂縫的產(chǎn)生。